[发明专利]一种以有机二维共轭对称性高分子作为活性层的纳米神经形态器件及其制备方法和应用

说明书

本发明属于有机/高分子神经形态器件领域，具体提供了一种以有机二维共轭对称性高分子作为活性层的纳米神经形态器件及其制备方法和应用。该纳米级器件通过电子束光刻技术和剥离方法以8×8交叉开关阵列的形式制造，字线和位线的宽度分别为100nm和200nm，为极小的纳米级结构。此器件以最小化和低电势实现了聚合物忆阻器创纪录的高产量，同时在20～40ns内快速响应，D2D的变异幅度低于10％，器件良品率高于90％，并且此器件可达到50～100nm规模，功耗低于20J/bit。该聚合物忆阻器阵列能实现存算一体化，可用于信息存储，在人工智能领域具有优异的应用前景。

技术领域

本发明属于有机/高分子神经形态信息存储技术领域，具体提供了一种质轻并且具有良好的机械柔性的聚合物纳米神经形态器件的制备方法和应用，具体涉及一种D-A型二维-共轭对称性高分子为活性层的机纳米级神经形态器件及其制备方法、测试方法和在低功耗信息存储领域的应用。

背景技术

进入如今的物联网，大数据和人工智能时代，全球数据在市政交通控制，国内安全监控，药物服务，工业生产等众多领域中呈指数级爆炸，已达到40万亿千兆字节，即到2020年每人5兆字节。通常将来自传感器终端的大量模拟信号通过远程数据中心和共享计算资源上载到云中，以进行海量存储和按需处理，所以能源短缺将可能是本世纪中叶信息技术行业面临的最严峻挑战。然而，大多数阻变介质的结构不均匀性通常会导致随机和高度局部的电阻开关特性，从而降低了实际应用中纳米级忆阻器的良率和可靠性。因此，设计和制备新型的忆阻材料，开发具有优异的保持力、耐用性和器件间(D2D)性能一致性的忆阻器，是延长摩尔定律寿命并克服冯·诺依曼通信瓶颈的迫切愿望和艰巨挑战。二维-共轭高分子是当今最有前途的材料之一，由于其高的共轭度，特殊的平面度，超高的表面积，可调节的孔径以及易于功能化的特性，从而引起了研究人员的广泛关注。最近经过充分且完善的研究，一种基于二维共轭有机高分子的神经形态忆阻器具有CMOS兼容性，快速切换速度和低功耗的优良特性，从而被认为是高密度信息存储新一代候选者。目前，现有的技术虽然会使用二维材料作为活性层，但大多数都将高分子接枝于二维材料来作为活性层，从而制备较为普遍的三明治结构器件，无法达到纳米级的尺寸，所以可能依旧适应不了摩尔定律，但对于将纯高分子作为活性层并使用光刻和剥离技术来制备极小的纳米级器件的实例鲜有报道。

发明内容

本发明的目的在于提出一种通过电子束光刻技术和剥离方法以8×8交叉开关阵列的形式制造，字线和位线的宽度分别为100nm和200nm为极小的纳米级结构的神经形态器件。

本发明的第二个目的是提出一种具有D-A型二维共轭结构和优良的对称性的高分子为基础的质轻并且具有良好的机械柔性的纳米神经形态器件。

本发明的第三个目的是提供了一种由D-A型二维-共轭高分子薄膜作为活性层的质轻并且具有良好的机械柔性的聚合物纳米神经形态器件的制备方法。

本发明的第四个目的是提供了一种以有机二维共轭对称性高分子作为活性层的纳米级神经形态器件的测试方法。

本发明的第五个目的是提供了一种以有机二维共轭对称性高分子作为活性层的有机纳米神经形态器件在低功耗信息存储领域的应用。

本发明的技术方案：

一种以有机二维共轭对称性高分子作为活性层的纳米神经形态器件，其为用叉级电极所成的三明治结构，一层为横向的电极，中间活性层为高分子PBDT-BDQTPA薄膜，再一层为纵向的电极；所述高分子PBDT-BDQTPA薄膜，其结构如下式所示：

n取值范围≥20